pile à combustible

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LA PILE A COMBUSTIBLE ET LE GAZ NATUREL
Terminologie. Pourquoi l’appellation « pile à combustible » ?
Dans les années 1840 et suivantes, la communauté scientifique se passionnait pour les découvertes
faites sur l’électricité et en particulier son stockage. De là naquit une compétition entre les partisans de
« l’école Volta » adeptes des piles à accumulateurs et ceux de « l’école Grove » adeptes des piles à
combustibles (Fuel Cell en anglais).
La différence?
Dans un cas, les piles à accumulateurs disposent d’une réserve limitée en énergie qui une fois vide ne
peut pas se renouveler : exemple les batteries au plomb classiques. L’inconvénient majeur est qu’un
doublement de l’autonomie passe inévitablement par un doublement du poids des piles !
Dans l’autre cas, les piles à combustible possèdent un système de production d’électricité qui est relié
à une source de combustible gazeuse (en principe hydrogène H2 ou gaz naturel CH4). Ainsi si l’on
souhaite doubler l’autonomie électrique il suffit de doubler le stock de combustible ce qui est bien
loin de représenter un doublement du poids, comme présenté schématiquement ci-dessous.
Fonctionnement des piles à combustibles ?
Sans entrer dans des détails trop techniques, il suffit de dire que le fonctionnement de toutes les piles à
combustible, quelque soit leur technologie (alcaline, carbonate fondu, polymère, céramique, etc.),
repose sur le même principe, à savoir qu’elles sont alimentées en Hydrogène et en Oxygène qui en se
combinant dans le cœur de la pile (stack en anglais) donne lieu à des dégagement de chaleur, d’eau et
d’électricité.
Malheureusement la Nature n’a pas prévu de fabriquer de l’hydrogène H2 à l’état pur et il faut donc le
produire à partir d’autres sources énergétiques. C’est pourquoi, le gaz naturel est si souvent associé
aux Fuel Cell car parmi tous les autres combustibles naturels c’est celui qui est le plus riche en
hydrogène de par son constituant principal le méthane CH4.
De même en lieu et place de l’oxygène O2, on utilise de l’air pour le fonctionnement des Fuel Cell.
Ainsi, si une pile à combustible est de manière opérationnelle alimentée en gaz naturel et en air, alors
les émissions au lieu d’être uniquement de l’eau H2O comprendront également du CO2, voire même
des NOX.
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Pourquoi les piles à combustibles (Fuel Cell) ?
Dès lors que le fonctionnement de la pile à combustible nécessite du
gaz naturel et de l’air pour produire de la chaleur et de l’électricité
(processus dénommé cogénération), cette technologie entre en
compétition directe avec ce que l’on appelle les couplage chaleur force
(CCF).
Un couplage chaleur force n’est autre qu’un moteur conventionnel à
explosion sur l’axe duquel on a accouplé une génératrice qui produit de
l’électricité lorsque le moteur tourne.
La différence entre ces deux procédés est que la cogénération par CCF
est une conversion d’énergie thermique en énergie mécanique soumise
à un principe physique qui limite fortement le rendement de ce genre de
production électrique. Ceci fut mis en évidence par le physicien Sadi
Carnot et depuis ce principe porte son nom.
La conséquence est que la part du combustible convertible en énergie
électrique ne peut dans ce cas de figure que difficilement excéder les
20-25%.
Figure 1 Sadi Carnot peint par
Boilly en 1813, source Wikipédia
L’application vulgarisée du principe de Carnot à la voiture reviendrait à dire par exemple que pour
chaque litre d’essence consommé par le véhicule, seuls 2 dl sont utiles pour faire avancer la voiture et
le solde, 8 dl se dissipant sous forme de chaleur dans le moteur : constatation que chacun de nous
peut faire aisément !
Tout autre est la situation dans le cas des Fuel Cell qui sont, quant à elles, gouvernées par un
processus électrochimique qui échappe à cette règle de Carnot. Ainsi il est possible d’atteindre avec
des produits qui sont déjà commercialisés aujourd’hui des rendements électriques de 60%.
Par conséquent, si l’on veut participer activement à la réalisation de la stratégie 2050 du Conseil
Fédéral qui est de sortir de la filière nucléaire il devient incontournable de favoriser les technologies
capables de produire de l’électricité avec un haut rendement, ce qui est justement le cas des piles à
combustible.
Cogénération avec des Fuel Cells. Pourquoi ?
Un des avantages de Fuel Cells installées chez des clients particuliers et raccordées à un réseau de gaz
naturel c’est qu’elles permettent la mise en place d’une production décentralisée d’électricité ce qui
aboutit à une réduction considérable des pertes sur le réseau électrique.
Parallèlement la chaleur qui est simultanément dégagées par ces piles à combustible participe au
chauffage et / ou à la production de l’eau chaude sanitaire du bâtiment.
N’hésitez pas à nous contacter en cas de questions ou afin de bénéficier de notre offre attrayante
pour l’acquisition d’une Fuel Cell au numéro gratuit : 0800 402 403.
© COSVEGAZ SA, Pascal Favre, 28 juillet 2014
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